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Tauchbarer Zentrifugalgasabscheider
Die Erfindung betrifft einen tauchbaren Zentrifugalgasabscheider, bestehend aus einem einen Einlass und einenauslass aufweisenden Gehäuse und einem zwischen Ein-und Auslass angeordneten Flügelrad. Ein derartiger Gasabscheider ist besonders für den Zusammenbau mit einer Tauchpumpe für Öl-und Wasser- bohrungen geeignet.
! Die üblichePraxis bei Tauchpumpen besteht darin, dass ein Elektromotor für den Antrieb einer Pumpe mit einer dazwischengeschalteten Dichtung sowie einem Gasabscheider versehen wird, wobei alle eine gemeinsame, vom Motor angetriebene Welle besitzen und wobei die Pumpe am oberen Ende angeordnet ist und sich die verbindende Antriebswelle durch den Dichtungsteil und den Gasabscheider erstreckt.
Manchmal bestehen Dichtung und Motor aus einer Einheit, manchmal können aber auch Pumpe und
Gasabscheider aus einer Einheit bestehen. In andern Fällen stellt jeder der Teile eine von der Pumpe und der sich dazwischen erstreckenden und die Verbindung herstellenden Antriebswelle getragene gesonderte
Einheit dar.
Bei Öl-und Wasserbohrungen, in die die Tauchpumpe eintaucht, entsteht mit dem gepumpten Me- dium freies und/oder mitgerissenes Gas, welches das Pumpvermögen beeinträchtigt und die Leistung hin- ter der erwarteten zurückbleiben lässt. In den meisten Fällen ist es diese durch das Gas bedingte Störung, welche den mechanischen und volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe vermindert.
Demgemäss ist das allgemeine Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten Gasabscheider für eine Tauchpumpe zu schaffen, welcher das Verhältnis von Gas zu Flüssigkeit im zu pumpenden Medium vermindert, so dass der Wirkungsgrad der Tauchpumpe gesteigert wird. Ferner soll der Gasabscheider ver- glichen mit den bestehenden Gasabscheidern verhältnismässig kurz gebaut und billig sein.
Die Erfindung besteht darin, dass zwischen dem Ausgang des Flügelrades und dem Auslass ein Spritz- ring angeordnet ist und zwischen dem Flügelrad und dem Spritzring eine Entlüftung vorgesehen ist.
Weitere Ziele md Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher er- läutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, wobei der Gasabscheider und die Pumpe eine Einheit bilden, die mit der Motoreinheit verbunden ist und in ein Brunnengehäuse eintaucht. In Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2 - 2 der Fig. l in Blickrichtung der Pfeile dargestellt.
Der gemäss der Lehre der Erfindung aufgebaute Gasabscheider ist in seiner Gesamtheit mit 10 be- zeichnet und in einem Gehäuse 11 gezeigt, wobei er einen Teil einer mehrstufigen Tauchpumpe bil- det, welche nur teilweise gezeigt ist und in ihrer Gesamtheit mit 12 bezeichnet ist. Eine tauchbare
Dichtung 13 und ein tauchbarer Motor 14 sind schematisch dargestellt. Die Pumpenflügelräder 15 werden vom Motor 14 über die koaxiale Welle 16 angetrieben, welche sich durch den Gasabschei- der und die Dichtung 13 erstreckt. In der Welle sind Nuten 17 vorgesehen, um eine Kupplung der zugehörigen Wellenabschnitte von der Pumpe zum Motor zu schaffen. Alle obgenannten Einheiten sindin ihrer Anordnung in einem Brunnengehäuse 18 einer Gas- oder Ölbohrung gezeigt.
Der Gasabscheider 10 ist so eingerichtet, dass er sich vom Brunnengehäuse 18 im Abstand be- findet. Das Gehäuse 11 ist an seinem Bodenende durch einen Basisteil 20 abgeschlossen, welcher
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seinerseits an seinem unteren Ende mit einem Flansch zur Verbindung des Gehäuses 11 mit einem
Flansch an der Dichtung 13 in herkömmlicher Weise versehen ist. Das obere Ende des Basisteiles 20 ist mit einem passenden Gewinde 22 zur Verbindung mit dem Gehäuse 11 versehen. In dieserAnord- nung hängenDichtung und Motor in herkömmlicherweise an derPumpen-Gasabscheider-Kombination.
Der Basisteil 20 ist mit einem Einlass 23 für das gepumpte Medium versehen, welcher mit einer inneren Bohrung 25 in Verbindung steht, welche ihrerseits die Öffnung 23 mit einem Loch oderEin- lass 25 eines Flügelrades 26 verbindet, welches von der Welle 16 angetrieben wird. Das Flügel- rad 26 ist über zwei Drucklager 3Q und 31 zwischen einer stationären Boden-Leiteinrichtung 27 und einer stationären Gasabscheider-Leiteinrichtung 28 angeordnet, wodurch eine Rotation des Flügel- rades 26 zwischen den beiden Leiteinrichtungen möglich ist.
Die Gasabscheider-Leiteinrichtung 28 ist mit einem Ausgang 32 versehen, welcher die Flüssigkeit, die beim Einlass 25 eintritt und durch das Flügelrad der Zentrifugalkraft unterworfen wird, in eine Abscheidekammer 33 führt, die in der gezeigten Ausführungsform zum Teil durch ein Kompressionsrohr 34 und die Leiteinrichtung 28 gebildet wird. Das obere Ende der Abscheidekammer 33 ist mit einem Spritzring 35 versehen, welcher sich von der Welle 16 radial nach aussen in Richtung des Gehäuses 11 erstreckt, jedoch einen Zwischenraum frei lässt, der den Auslass 36 des Gasabscheiders bildet und so der gasfreien Flüssigkeit den Eintritt in eine obere oder Pumpeneinlasskammer 37 ermöglicht.
Unmittelbar darunter, jedoch in geringemAbstand vom Spritzring 35 angeordnet, befinden sich Entlüftungen 38 (zwei sind dargestellt), die sich aus der unmittelbaren Umgebung der Welle 16 nach aussen zum Gehäuse 11 erstrecken und mit den Öffnungen 40 im Gehäuse in Verbindung stehen. Die Entlüftungen 38 haben geringfügig von der Welle 16 entfernte Eintrittsöffnungen, so dass angrenzend an die Welle Spalte 42 vorgesehen sind.
Wie beschrieben, tritt so das durch das Flügelrad 26 bewegte Flüssigkeits-Gasgemisch in die Abscheidekammer 33 ein. Die gasfreie oder verhältnismässig gasfreie Flüssigkeit neigt, da sie schwerer ist und durch das Flügelrad der Zentrifugalkraft unterworfen ist, dazu, sich an die Aussenwand bzw. das Kompressionsrohr 34 anzudrücken, aufwärts zu wandern und über die Entlüftungen 38 hinaus durch den Auslass 36 in die obere Pumpeneinlasskammer 37 zu gelangen.
Das Gas wird infolge seiner Leichtigkeit unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft abgetrennt und strömt und sammelt sich nahe oder an den Spalten 42 und wird, nachdem es einen höheren Druck besitzt als ausserhalb des Gehäuses 11 herrscht, über die Entlüftungen 38 und Öffnungen 40 zur Rückkehr in die Brunnenflüssigkeit abgeblasen. Jedwede Flüssigkeit, welche mit dem Gas aus den Entlüftungen austritt, gerät wieder in den Kreislauf des Flügelrades 36 oder fliesst infolge ihres hohen Gas-Flüssigkeits-Verhältnisses zwischen Mantel und Gehäuse aufwärts. Die Flüssigkeit in der Pumpeneinlasskammer 37, welche verhältnismässig gasfrei ist, tritt dann in den Pumpeneinlass 43 ein und wird von der Tauchpumpe in herkömmlicher Weise ge- pumpt.
Obwohl hier ein Flügelrad 26 vom Zentrifugaltyp gezeigt und beschrieben wurde, kann Jedes be- liebige Flügelrad, wie ein Mischstromgebläserad, welches die darin befindliche Flüssigkeit der Zentrifugalkraft unterwirft, verwendet werden, und obwohl hier nur zwei Entlüftungen 38 gezeigt sind, können auch mehr als zwei verwendet werden.
Obwohl die Erfindung an Hand einer Gasabscheider- und Pumpenkombination beschrieben ist, kann der Gasabscheider auch mit einer gesonderten Pumpe bzw. auch mit einer getrennten Dichtung und gesonderem Motor oder mit einem Motor, dessen Dichtung ein en Bestandteil davon bildet, verwendet werden.
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Submersible centrifugal gas separator
The invention relates to a submersible centrifugal gas separator, consisting of a housing having an inlet and an outlet and an impeller arranged between the inlet and outlet. Such a gas separator is particularly suitable for assembly with a submersible pump for oil and water wells.
! The usual practice with submersible pumps is that an electric motor for driving a pump is provided with an interposed seal and a gas separator, all of which have a common shaft driven by the motor, the pump being arranged at the top and the connecting drive shaft extending through extending the sealing part and the gas separator.
Sometimes the seal and the motor are a single unit, but sometimes the pump and
Gas separators consist of one unit. In other cases, each of the parts provides a separate one carried by the pump and the interconnecting drive shaft extending therebetween
Unity.
In oil and water wells into which the submersible pump is immersed, free and / or entrained gas is produced with the pumped medium, which impairs the pumping capacity and leaves the performance below the expected level. In most cases it is this gas-related disturbance that reduces the mechanical and volumetric efficiency of the pump.
Accordingly, the general aim of the invention is to provide a new and improved gas separator for a submersible pump, which reduces the ratio of gas to liquid in the medium to be pumped, so that the efficiency of the submersible pump is increased. Furthermore, the gas separator should be relatively short and cheap compared to the existing gas separators.
The invention consists in that a splash ring is arranged between the outlet of the impeller and the outlet and a vent is provided between the impeller and the splash ring.
Further objectives and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows a longitudinal section, wherein the gas separator and the pump form a unit which is connected to the motor unit and immersed in a well housing. FIG. 2 shows a cross section along the line 2 - 2 of FIG. 1 in the direction of the arrows.
The gas separator constructed according to the teaching of the invention is designated in its entirety by 10 and shown in a housing 11, it forming part of a multistage submersible pump, which is only partially shown and is designated 12 in its entirety. A submersible one
Seal 13 and a submersible motor 14 are shown schematically. The pump impellers 15 are driven by the motor 14 via the coaxial shaft 16, which extends through the gas separator and the seal 13. Grooves 17 are provided in the shaft in order to create a coupling of the associated shaft sections from the pump to the motor. All of the above units are shown positioned in a well casing 18 of a gas or oil well.
The gas separator 10 is set up in such a way that it is located at a distance from the well housing 18. The housing 11 is closed at its bottom end by a base part 20, which
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in turn at its lower end with a flange for connecting the housing 11 with a
Flange on seal 13 is provided in a conventional manner. The upper end of the base part 20 is provided with a matching thread 22 for connection to the housing 11. In this arrangement, the seal and motor are conventionally attached to the pump-gas separator combination.
The base part 20 is provided with an inlet 23 for the pumped medium, which is in communication with an inner bore 25, which in turn connects the opening 23 with a hole or inlet 25 of an impeller 26 which is driven by the shaft 16. The impeller 26 is arranged via two thrust bearings 3Q and 31 between a stationary bottom guide device 27 and a stationary gas separator guide device 28, whereby a rotation of the impeller 26 between the two guide devices is possible.
The gas separator guide device 28 is provided with an outlet 32 which guides the liquid, which enters at the inlet 25 and is subjected to centrifugal force by the impeller, into a separation chamber 33, which in the embodiment shown partly through a compression tube 34 and the guide device 28 is formed. The upper end of the separation chamber 33 is provided with a splash ring 35, which extends radially outward from the shaft 16 in the direction of the housing 11, but leaves a gap free that forms the outlet 36 of the gas separator and thus the gas-free liquid enters an upper or pump inlet chamber 37 allows.
Immediately below, but a short distance from the splash ring 35, are vents 38 (two are shown) that extend outwardly from the immediate vicinity of the shaft 16 to the housing 11 and communicate with the openings 40 in the housing. The vents 38 have inlet openings at a slight distance from the shaft 16, so that gaps 42 are provided adjacent to the shaft.
As described, the liquid-gas mixture moved by the impeller 26 enters the separation chamber 33. The gas-free or relatively gas-free liquid, because it is heavier and is subjected to centrifugal force by the impeller, tends to press against the outer wall or the compression tube 34, to migrate upwards and via the vents 38 out through the outlet 36 into the upper one Pump inlet chamber 37 to reach.
The gas is separated due to its lightness under the action of centrifugal force and flows and collects near or at the gaps 42 and, after it has a higher pressure than prevails outside the housing 11, via the vents 38 and openings 40 to return to the Well fluid blown off. Any liquid that emerges from the vents with the gas gets back into the circuit of the impeller 36 or flows upwards between the jacket and the housing due to its high gas-liquid ratio. The liquid in the pump inlet chamber 37, which is relatively gas-free, then enters the pump inlet 43 and is pumped in a conventional manner by the submersible pump.
Although a centrifugal type impeller 26 has been shown and described, any impeller such as a mixed flow impeller which subjects the liquid therein to centrifugal force may be used, and although only two vents 38 are shown, more than two may be used be used.
Although the invention is described on the basis of a gas separator and pump combination, the gas separator can also be used with a separate pump or with a separate seal and separate motor or with a motor whose seal forms a component thereof.